CN115257482A - 一种军用车辆座椅自适应体重和爆炸缓冲吸能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于防爆装甲车领域，具体涉及一种军用车辆座椅自适应体重和爆炸缓冲吸能装置。安装在座椅上横梁和下横梁之间，内部含有连接机构，自适应体重调节机构，自适应爆炸机构以及吸能机构。连接机构包括上下盖以及外圆筒；自适应体重调节机构包括最内部和座椅相连的活动圆筒，自适应爆炸机构包括带有加速度触发的棘轮机构；吸能机构由金属带和三个圆柱销组成。本发明根据不同体重的成员坐上座椅引起座椅沉降位移量的不同，以及在遭遇爆炸时座椅引起的应力波波峰的不同，从而使得圆柱销的位置改变，使得三根圆柱销形成不同的曲率，从而获得不同的吸能效率，实现在对不同爆炸下对不同体重乘员提供更精确细致的防护。
Description
技术领域
本发明属于防爆装甲车领域，具体涉及一种军用车辆座椅自适应体重和爆炸缓冲吸能装置。
背景技术
对于战场上军人所需要面对的威胁日益增多，其中来自地面地雷及简易爆炸装置(Improvised Explosive Device,IED)成为了地面军用车辆的主要威胁。军用车辆座椅的缓冲吸能装置是乘员约束系统用于吸收能量的关键部件，在很大程度上降低了通过座椅传递至乘员的加速度冲击响应，从而保证了乘员安全。
目前已有较多不同类型的缓冲吸能装置，并大量应用于防护型座椅，能大幅降低车辆遭遇爆炸袭击时作战乘员损伤风险。当下应用较多的一种缓冲吸能装置，其主要通过蛇形簧拉伸产生的塑性变形来衰减和隔断车体传递给座椅的冲击能量，但是在面对不同的乘员以及爆炸下，其吸能功率都是相同的，在较重乘员体重或较小爆炸时，其系统可能发生无法触发吸能或是吸能行程无法得到全部使用，在较轻乘员体重或遭遇较大爆炸时可能发生吸能功率不足，吸能行程不足，这样都会对乘员的安全造成损伤。
综上所述，尽管上述吸能装置能大幅降低车内乘员的伤亡情况，但由于是针对特定乘员体中和特定爆炸强度进行开发设计的，并不具备适应不同爆炸下的不同体重乘员的保护能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种军用车辆座椅自适应体重和爆炸缓冲吸能装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种军用车辆座椅自适应体重和爆炸缓冲吸能装置，装置设置再座椅的上横梁和下横梁之间，包括连接机构，自适应体重调节机构，自适应爆炸机构以及吸能机构；
连接机构包括上连接端盖，下连接端盖和外筒，外筒和上连接端盖点焊连接；
自适应体重调节机构包括与下连接端盖固定连接的内筒和连接筒，内筒相对连接筒可转动和上下滑动，连接筒外通过细螺纹和外筒连接；
吸能机构包括金属带，固定在内筒上的内筒圆柱销，活动圆柱销和固定在外筒上的外筒圆柱销，金属带上段固定，下端为自由端；
自适应爆炸机构为带有加速度触发的棘轮机构；
通过调整内筒的位置，即内筒圆柱销的位置实现自适应体重；通过调节活动圆柱销的位置实现自适应爆炸。
进一步的，上连接端盖和上横梁连接，下连接端盖和下横梁连接。
进一步的，上连接端盖下表面设有安装横杆的凹槽，横杆两端固定在上连接端盖上，金属带一端固定在横杆上且缠绕固定在横杆上，金属带的另外一端呈S型依次穿过内筒圆柱销，活动圆柱销和外筒圆柱销后为自由端。
进一步的，连接筒外侧壁通过细螺纹和外筒螺纹咬合，连接筒内壁伸出两层壁肩形成环槽型的滚珠架，滚珠架内安置滚珠，滚珠以点接触的方式接触连接筒滚珠架的上下壁，且内筒和连接筒通过滚珠点接触，环槽型的滚珠架内填充润滑脂。
进一步的，外筒和连接筒螺纹咬合的螺纹螺旋角为15～20°。
进一步的，内筒圆柱销通过焊接和内筒内表面连接，外筒圆柱销通过焊接和外筒内表面连接。
进一步的，内筒下方固定设有方形槽，连接杆一端和方形槽的外壁面连接，另一端和下连接端盖固定连接；
方形槽内设有弹簧推板和活动圆柱销，弹簧推板设置在活动圆柱销的一侧并对其进行支撑，活动圆柱销另一侧设有棘轮机构的偏心棘轮的伸出部，冲击时偏心棘轮转动、其伸出部顺势推动活动圆柱销克服弹簧推板的推力向一侧移动，使得金属带的曲率增大。
进一步的，连接杆通过螺栓和方形槽外壁面连接，连接杆的下端和下连接端盖焊接。
进一步的，棘轮机构还包括棘爪，内筒一侧设有向下延伸的安装板，偏心棘轮和棘爪通过螺栓安装在安装板上；
偏心棘轮包含一段设有棘齿的圆弧段，偏心棘轮与安装板的连接点位于远离质心、靠近带有棘齿的圆弧段一侧；棘爪对偏心棘轮的转动进行锁止，使得在冲击力的作用下偏心棘轮只能逆时针转动。
一种采用上述的装置进行吸能的方法，包括如下步骤：
当乘员下坐时，座椅受到重力作用，带动与下连接端盖以及与其相连的内筒向下运动，此时与内筒固联的内筒圆柱销与外筒圆柱销间距缩小，金属带的曲率随之变大；
爆炸瞬间，爆炸应力波通过座椅传导到吸能装置时，由于需要冲破上连接端盖与外筒之间的焊接点，使得应力波的波长增大，但对应力波的幅值没有影响，偏心棘轮进行响应，并根据应力波的幅值决定偏转角度，幅值越大，偏转角度越大；
偏心棘轮偏转推动活动圆柱销远离内筒圆柱销与外筒圆柱销，金属带的曲率加大，实现自适应爆炸。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明通过自适应体重调节机构，可对乘员体重进行无级调节吸能效率，为每个不同体重的乘员获得其最佳的吸能效率，从而充分利用吸能缓冲行程；
(2)本发明提供的自适应爆炸调节机构，可根据爆炸当量的不同实现较精确的对应吸能效率，从而为乘员提供更好的防护；
(3)本发明提供的防雷座椅自适应体重和爆炸缓冲吸能装置，上连接端盖与外筒虚焊，在普通行车环境下(遭遇颠簸等)不会使两者分离，因此不会触发吸能装置吸能，只依靠座椅自身的缓冲装置进行吸能，提高乘坐舒适性；
(4)本发明提供的自适应爆炸调节装置，可改变弹簧推杆的弹簧刚度来适应不同车型的需要，操作简单，因此本发明通过小改动可匹配更多的座椅设计，普适性较好；
(5)本发明提供的防雷座椅自适应体重和爆炸缓冲吸能装置，通过改变外筒与内筒的相对位置改变金属带的预形变吸能曲率，可实现改变预吸能功率，从而对乘员更好的保护；
(6)本发明提供的防雷座椅自适应体重和爆炸装置，通过剪切焊点作用，实现了缓冲吸能装置的启动设置，从而使缓冲隔断装置在路面颠簸的等工况下不会发生作用，同时通过改变虚焊焊点的数量可以对启动机构的启动力大小进行调节。
(7)本发明提供的防雷座椅自适应缓冲吸能装置，通过更换外筒上端盖和钢带可以实现防雷座椅的重复使用，极大程度上降低了成本。
(8)本发明提供的防雷座椅自适应缓冲吸能装置，整体结构上较为紧凑，部件数量较少，安装简单，因此成本较低，有较高的经济效应。
附图说明
图1是本申请的缓冲吸能装置安装示意图。
图2是本申请缓冲吸能装置初始状态剖视图。
图3是本申请缓冲吸能装置初始状态侧视图。
图4是本申请缓冲吸能装置体重调节后状态剖视图。
图5是本申请缓冲吸能器内筒及其连接件侧视图。
图6是本申请缓冲吸能装置爆炸吸能时状态剖视图。
图7是本申请军用座椅自适应缓冲吸能装置承重状态示意图。
图8是本申请军用座椅自适应缓冲吸能装置缓冲吸能状态示意图。
附图标记说明：
1-上连接端盖，2-连接筒，3-内筒圆柱销，4-活动圆柱销，5-偏心棘轮，6-外筒圆柱销，7-下连接端盖，8-金属带，9-棘爪，10-弹簧推板，11-外筒，12-滚珠，13-内筒，14-连接杆，15-缓冲吸能装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明的目的是在基于当下军用座椅吸能缓冲装置只能根据特定体重人群与特定爆炸当量下的防护，防护对于其他情况下的防护效果欠佳，提供一种新型的防雷座椅自适应缓冲吸能装置，能实现对冲击能量的缓释，并根据不同乘员体重的差异以及不同爆炸当量下改变金属带的吸能曲率的大小，从而改变受到冲击后的缓冲吸能装置的吸能功率，实现在不同当量的爆炸下对不同体重乘员提供更精确的防护。此外，本发明能够匹配不同的军用座椅，同时进行外筒与上连接端盖重新加工和通过更换金属带还能实现爆炸缓冲后装置的重复使用，机构零件较少，结构紧凑，普适性与经济性较好，。
如图1-5所示，一种军用车辆座椅自适应体重和爆炸缓冲吸能装置，包括上连接端盖1、外筒11、连接筒2、内筒13以及下连接端盖7。
所述缓冲吸能装置通过紧固件将上连接端盖1与座椅上横梁连接。
如图2所述上连接端盖1与外筒11初始状态为点焊连接，连接强度较低，只能承受车辆颠簸等普通冲击，对于爆炸等强冲击会破坏连接。上连接端盖1下部焊接一杆，上面固定并缠绕数圈金属带8。所述金属带8呈“S”型，另一端为自由状态。
如图3，所述外筒11与连接筒2通过螺纹咬合连接，螺纹螺旋角为15～20°，当两者受到冲击时可视为固联，当受到恒力或静力时，两者可发生缓慢相对运动。
如图4，所述内筒13外壁有滚珠架，滚珠架安放多个滚珠12。
如图3，所述滚珠12伸入连接筒2的环槽内，滚珠12与连接筒2的环槽为点接触，以降低两者间摩擦力，使两者能顺滑相对转动，所述环槽内应充满润滑脂进行充分润滑。
所述内筒13内部通过焊接与内筒圆柱销3固联。如图4，内筒13下部有焊接方形槽，方形槽左边与连接杆14螺栓连接。
所述连接杆14与下连接端盖7焊接固联。
所述下连接端盖7通过紧固件与座椅下横梁连接，当乘员落座时，下连接端盖7随着座椅下横梁一起向下运动，并通过连接杆14带动内筒13向下运动，此时外筒11与上连接端盖1一起固定在座椅上横梁，因此，连接筒2会缓慢旋转，随着内筒13一起向下运动，直至平衡。此时内筒圆柱销3与外筒圆柱销6相对位置靠近，增大金属带8的“S”型曲率，获得更大的吸能效率。
如图5，所述内筒13右边下伸一部分，其上通过螺栓与偏心棘轮5，棘爪9连接。
所述偏心棘轮5上端与活动圆柱销4接触，其远离质心的一段弧面是绕棘轮旋转中心，弧面布置多道棘齿，末段某个棘齿与棘爪9爪尖顶死。
所述活动圆柱销4布置在圆筒13下部的方槽口处，被槽口内置弹簧推板10所支撑，所述弹簧推板10平时处于无预紧力状态。
所述偏心棘轮5在遭遇爆炸等形成的强冲击力时，吸能装置由于惯性不会立即运动，冲击力会使得棘轮进行旋转，偏心棘轮5上部顺势推动活动圆柱销4克服弹簧推板10的推力向内移动，直至偏心棘轮5偏转力与弹簧推板10的弹簧力平衡。此时偏心棘轮5有回复旋转的趋势，棘爪9会反向顶住棘轮齿，阻止其回转运动，活动圆柱销4在平衡力的情况下保持静止。活动圆柱销4向内的移动会使得金属带8由内筒圆柱销3，活动圆柱销4和外筒圆柱销6三者形成的“S”型曲率进一步加大，使得金属带吸能效率更高。不同体重的乘员和不同当量的爆炸会使得金属带8具有不同的吸能效率，尽可能的利用完吸能行程，提供乘员更精细的保护。图6是本申请军用座椅自适应缓冲吸能装置承重状态示意图。图7是本申请军用座椅自适应缓冲吸能装置缓冲吸能状态示意图。
本发明的装置的工作原理如下：
本装置是通过改变金属带8的曲率从而增大变形内能达到吸收爆炸冲击能量的作用。当乘员下坐时，座椅由于受到重力的影响，带动与下连接端盖7相连的内筒13向下运动，此时与内筒13固联的内筒圆柱销3与外筒圆柱销6间距缩小，金属带8的曲率随之变大；当爆炸瞬间，爆炸应力波通过座椅传导到吸能器时，由于需要冲破上连接端盖1与外筒11之间的焊接点，使得应力波的波长增大，但对应力波的幅值没有太大影响，因此偏心棘轮5有足够的时间进行响应，并根据应力波的幅值决定偏转角度，幅值越大，偏转角度越大。偏心棘轮5偏转会推动活动圆柱销4远离内筒圆柱销3与外筒圆柱销6(推动的幅度与偏心棘轮5的偏转成正比)，金属带8的曲率进一步加大，金属带的变形内能进一步变大，从而提高金属带8的吸能效率。因此，本装置能够根据乘员体重与爆炸当量改变吸能效率，尽可能的利用完吸能行程，提供乘员更精细的保护。
Claims (10)
1.一种军用车辆座椅自适应体重和爆炸缓冲吸能装置，其特征在于，装置设置再座椅的上横梁和下横梁之间，包括连接机构，自适应体重调节机构，自适应爆炸机构以及吸能机构；
连接机构包括上连接端盖(1)，下连接端盖(7)和外筒(11)，外筒(11)和上连接端盖(1)点焊连接；
自适应体重调节机构包括与下连接端盖(7)固定连接的内筒(13)和连接筒，内筒(13)相对连接筒可转动和上下滑动，连接筒外通过细螺纹和外筒(11)连接；
吸能机构包括金属带(8)，固定在内筒上的内筒圆柱销(3)，活动圆柱销(4)和固定在外筒上的外筒圆柱销(6)，金属带上段固定，下端为自由端；
自适应爆炸机构为带有加速度触发的棘轮机构；
通过调整内筒的位置，即内筒圆柱销(3)的位置实现自适应体重；通过调节活动圆柱销(4)的位置实现自适应爆炸。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上连接端盖(1)和上横梁连接，下连接端盖(7)和下横梁连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上连接端盖(1)下表面设有安装横杆的凹槽，横杆两端固定在上连接端盖(1)上，金属带(8)一端固定在横杆上且缠绕固定在横杆上，金属带(8)的另外一端呈S型依次穿过内筒圆柱销(3)，活动圆柱销(4)和外筒圆柱销(6)后为自由端。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，连接筒外侧壁通过细螺纹和外筒螺纹咬合，连接筒内壁伸出两层壁肩形成环槽型的滚珠架，滚珠架内安置滚珠，滚珠以点接触的方式接触连接筒滚珠架的上下壁，且内筒和连接筒(2)通过滚珠点接触，环槽型的滚珠架内填充润滑脂。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，外筒和连接筒螺纹咬合的螺纹螺旋角为15～20°。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，内筒圆柱销(3)通过焊接和内筒内表面连接，外筒圆柱销(6)通过焊接和外筒内表面连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，内筒下方固定设有方形槽，连接杆(14)一端和方形槽的外壁面连接，另一端和下连接端盖(7)固定连接；
方形槽内设有弹簧推板(10)和活动圆柱销(4)，弹簧推板(10)设置在活动圆柱销(4)的一侧并对其进行支撑，活动圆柱销(4)另一侧设有棘轮机构的偏心棘轮(5)的伸出部，冲击时偏心棘轮转动、其伸出部顺势推动活动圆柱销(4)克服弹簧推板(10)的推力向一侧移动，使得金属带的曲率增大。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，连接杆(14)通过螺栓和方形槽外壁面连接，连接杆(14)的下端和下连接端盖(7)焊接。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，棘轮机构还包括棘爪(9)，内筒一侧设有向下延伸的安装板，偏心棘轮(5)和棘爪(9)通过螺栓安装在安装板上；
偏心棘轮(5)包含一段设有棘齿的圆弧段，偏心棘轮(5)与安装板的连接点位于远离质心、靠近带有棘齿的圆弧段一侧；棘爪(9)对偏心棘轮(5)的转动进行锁止，使得在冲击力的作用下偏心棘轮(5)只能逆时针转动。
10.一种采用权利要求1-9任一项所述的装置进行吸能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
当乘员下坐时，座椅受到重力作用，带动与下连接端盖(7)以及与其相连的内筒(13)向下运动，此时与内筒(13)固联的内筒圆柱销(3)与外筒圆柱销(6)间距缩小，金属带(8)的曲率随之变大；
爆炸瞬间，爆炸应力波通过座椅传导到吸能装置时，由于需要冲破上连接端盖(1)与外筒(11)之间的焊接点，使得应力波的波长增大，但对应力波的幅值没有影响，偏心棘轮(5)进行响应，并根据应力波的幅值决定偏转角度，幅值越大，偏转角度越大；
偏心棘轮(5)偏转推动活动圆柱销(4)远离内筒圆柱销(3)与外筒圆柱销(6)，金属带(8)的曲率加大，实现自适应爆炸。
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